CN109996760B - 用于重整的催化剂管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新的催化剂管设计，其使得将再生重整的概念应用于在炉腔的相对侧具有催化剂管入口和出口的蒸汽重整器成为可能。催化剂管包含用于工艺气体进入催化剂管的入口和用于工艺气体离开催化剂管的出口，所述入口和出口位于催化剂管的相对端。催化剂管还包含含有催化剂的第一环形通道、用于工艺气体逆流或并流流动至流过第一环形通道的工艺气体的第二环形通道。

Description

用于重整的催化剂管
本发明涉及催化剂管、包含至少一个所述催化剂管的多管式反应器(如蒸汽重整器)和用于进行催化工艺(如蒸汽重整)的方法。
在多管式反应器中进行催化工艺是已知的。众所周知的实例为蒸汽重整的催化工艺。
蒸汽重整是一种催化工艺，其中在基于金属的催化剂(通常为镍)存在下，碳氢化合物原料(原料气)被转化成一氧化碳和氢气的混合物(被称为工艺气体)。转化反应是强烈吸热的，并且需要在高温(通常为至少700℃)下进行。
可以在工业炉或火焰加热器的多管式反应器中进行工艺气体的催化转化。例如，在蒸汽重整器中进行蒸汽重整。火焰加热器或工业炉(如蒸汽重整器)基本上具有两个主要的段：炉(辐射段)和热回收系统(对流段)。辐射段包含具有燃烧器的炉腔，所述燃烧器可以被放置在炉腔的顶板(顶部燃烧炉)、底板(底部燃烧炉)和/或侧表面(侧面燃烧炉)上。然后燃烧器通过燃料的燃烧产生必要的热量。辐射段还包含多个管，其中装载催化剂，以使得能够向催化剂供应足够的热量用于吸热催化反应发生。其中发生转化反应的辐射段中的管被称为催化剂管。通常将多个催化剂管插入至辐射段中。对流段含有许多用于回收热量的热交换器。离开辐射段的热烟道气通过这些热交换器，这些热交换器通常被用于原料的预热、水加热和蒸汽产生。
装载催化剂的管的出口是其中工艺气体达到其在整个催化转化过程中的最高温度(通常超过880℃，高达950-980℃)的区域。因此，离开催化剂管的催化剂段的工艺气体可被认为是有价值的高能量热源。
传统上，在蒸汽重整器中，离开催化剂管的工艺气体经由集管和输送管线被输送至锅炉，其中工艺气体从超过880℃(通常为880-950℃)冷却至低于350℃的温度，从而产生高质量的蒸汽。然后可以将该蒸汽用作用于蒸汽重整反应的工艺蒸汽、用于周围生产单元的输出蒸汽，或者甚至电力生产。然而，以这种方式生产蒸汽的缺点在于其并非是从高温工艺气体回收热量的最节能的方式。
离开催化剂管的工艺气体还可以被用作用于重整反应的热源。这一过程也可被称为再生催化转化，因为它使用工艺气体在离开催化区时含有的部分高值热量来提供部分的反应热量。在再生催化转化中，热交换发生在离开催化剂管的催化区的热工艺气体和在催化区的上游部分中正在被转化的工艺气体之间。该策略可以被有利地用于减少外部热供应(通过火箱中的燃料和废气的燃烧)、增加火箱功效和降低重整器出口处和对流段中的热回收所需要的热交换设备的成本。重整中的再生催化转化工艺的实例为例如从WO 2011/088982已知的工艺。在这种情况下，工艺被称为再生重整。
可以针对催化剂管入口和出口在炉腔中所定向的方式区分两种通用型的蒸汽重整器。
在第一种类型(类型1)的蒸汽重整器中，催化剂管的工艺气体入口和工艺气体出口均位于炉的相同侧。将每个催化剂管插入至炉腔中，使得它仅延伸通过一个炉壁。气体将通过一个炉腔壁进入炉腔，流过炉腔，然后回到相同的炉壁，并且再次离开炉腔。通常，催化剂管被设计成使得工艺气体以U形路径流过炉腔的。这种类型的蒸汽重整器的实例是例如EP 2 223 739A1中所给出的蒸汽重整器。
在第二种类型(类型2)的蒸汽重整器中，催化剂管入口位于炉腔的一端，而催化剂管出口位于炉腔的另一相对端。在类型2的重整器中，将催化剂管以它们延伸通过两个相对的炉壁的此类方式插入至炉腔中。通常，催化剂管被设计为直的细长管，使得气体以相对直的路径从一端至另一端流过炉腔。这种类型的蒸汽重整器的实例是例如WO 2014/040815中给出的蒸汽重整器。
上述催化剂管设计中的差异是两种类型的蒸汽重整器的总体设计中的差异的直接结果。因此，不可能改造一种类型的蒸汽重整器以适合为另一种类型设计的催化剂管。类似地，不能将为一种类型的蒸汽重整器设计的催化剂管用于或改造用于另一种类型的蒸汽重整器中。
将再生重整的概念应用于类型1的蒸汽重整器中是已知的。为了这一目的，基于场管(也被称为卡口式管(Bayonet tube))反应器进行了特定的管设计。在该设计中，催化剂管由在一个外端处封闭的外管和在它的两个外端处开口的内管(5、15)组成，所述内管(5、15)同轴容纳在在外管中。该设计描述于例如WO 95/11745和US 2014/0196875中。该设计依赖于管概念中的管，其中反应器的环形排列允许离开催化床的热工艺气体和正在催化床的上游部分中被转化的工艺气体之间的热交换。
尽管已尝试将再生重整的概念应用于使用上述传统设计的类型2的蒸汽重整器中，但成功受到限制并且尚未得到广泛应用。同时，仍不可能改造现有的蒸汽重整器来实施这一技术，除非整个入口/出口系统也被改造，使得入口和出口位于同侧(从而将类型2的蒸汽重整器有效地改造为类型1的蒸汽重整器–这是非常激进的和复杂的改造)。
因此，本发明的目标是将再生重整的概念应用于类型2的蒸汽重整器。特别地，本发明的目标是将再生重整的概念应用于已经存在的类型2的蒸汽重整器。
本发明的另一个目标是提供催化剂管，其中在蒸汽重整器停工期间可以容易地改变和/或替换催化剂。
本发明的另一个目标是提供催化剂管，其对差异膨胀具有良好耐受性。
本发明的另一个目标是提供催化剂管，其中可以容易地测量参数(如温度和压力)，而不破坏催化区中的流体力学。
通过提供用于火焰加热器或工业炉(例如，用于重整器，优选蒸汽重整器中)中的催化剂管，已满足了这些目标中的至少一个，所述催化剂管包含：
-用于工艺气体进入催化剂管的催化剂管入口和用于工艺气体离开催化剂管的催化剂管出口，所述入口和出口位于催化剂管的相对端；
-外反应器管(1、11)；
-内管(5、15)，其在外反应器管(1、11)的内部同轴延伸；
-分界部(3、13)，其位于所述外反应器管(1、11)的内壁和内管(5、15)的外壁之间；
-用于催化转化工艺气体的第一环形通道，所述通道由所述外反应器管(1、11)的内壁和所述分界部(3、13)的外壁限定，所述通道装载有催化剂材料；
-用于工艺气体逆流或并流流动至流过所述第一环形通道的工艺气体的第二环形通道，所述第二环形通道由所述分界部(3、13)的内壁和所述内管(5、15)的外壁限定；
-在所述催化剂管的入口端的入口屏障(4、14)，其用于防止工艺气体在所述催化剂管的入口端从所述第二环形通道和内管(5、15)离开所述外反应器管(1、11)；
-在所述催化剂管的出口端的出口屏障(6、16)，其用于防止工艺气体从所述第一环形通道以及从所述第二环形通道和内管(5,15)中的一个离开所述外反应器管(1、11)，同时允许工艺气体从所述第二环形通道和内管(5、15)中的另一个离开所述外反应器管(1、11)；
其中内管、第一环形通道和第二环形通道各自在所述催化剂管的入口侧具有开口，并且在所述催化剂管的出口侧具有开口，
其中所述催化剂管入口与所述第一环形通道的在所述催化剂管的入口端开口流体连接；所述第一环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口与所述第二环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口或者与所述内管的在所述催化剂管的出口端的开口流体连接；所述第二环形通道的在所述催化剂管的入口端的开口与所述内管(5、15)的在所述催化剂管的入口端的开口流体连接；并且所述内管(5、15)的在所述催化剂管的出口端的开口或所述第二环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口与所述催化剂管出口流体连接。
发明人发现通过提供新的催化剂管设计，使得将再生重整的概念应用于类型2的蒸汽重整器，而无需改造蒸汽重整器的其他部分成为可能。此外，分界部(3、13)为催化剂管的内部构件提供了对差异膨胀的增加的耐受性的，因为该元件可自由膨胀。
进行新的催化剂管设计的一个重要方面是应当在催化区(在第一环形通道中)中的催化剂活性、不同通道中的压力下降(其部分决定了流过通道工艺气体的速度)和确保通道之间的适当热交换之间达到适当的平衡。发明人发现内管(5、15)的存在提供了调整第二环形通道中的流动状况的一种手段，以便在第一和第二环形通道之间获得有效的热交换。
使用两个环形通道中的流动进行再生重整的另一个优点是此类配置允许工艺气体通过通道的高速度。此类高速度可以提高热传递速率，并因此提高第一和第二环形通道的气体流动之间的热交换的效率。
发明人还认识到由于近年来发现的改良的催化剂，催化剂管中所需的催化剂量不再对催化剂管设计造成难以对付的限制。因此，如上所限定的第一环形通道能够提供足够大的催化区用于进行重整反应。
考虑到上述情况，发明人因而发现了一种配置，其中包含一个内管(5、15)(用于工艺气体离开催化剂管和改善热交换)和由分界部(3、13)分开的两个环形通道(一个用于保存催化剂，另一个用于向催化区提供热量)的催化剂管可以提供催化活性、热交换和可接受的压力下降的良好组合。已经发现，当必须使用现有蒸汽重整器的催化剂管插入件的尺寸时甚至是这种情况，从而使得改造此类蒸汽重整器成为可能。
尽管在本文中针对重整器反应器和蒸汽重整工艺说明和例证了本发明，但是本发明的反应管也可以被用于其他类型的多管式反应器和催化工艺。除重整外的其他催化工艺也可从本发明的催化管的配置中获益，因为特定的配置允许离开催化剂管的催化区的热工艺气体和正在催化区的上游部分中被转化的工艺气体之间的热交换。因此，离开催化剂管的催化区的工艺气体可以被用作用于催化反应的热源。此类催化工艺被称为再生催化转化。这对在火焰加热器或工业炉中的催化剂管中进行的任何催化工艺都是有利的。此类催化工艺通常在例如至少400℃或至少500℃的高温下进行。优选地，火焰加热器或工业炉为重整器，甚至更优选地，为蒸汽重整器。
图1显示了根据本发明的第一种基本配置的催化剂管的实施方案。其中工艺气体在蒸汽重整器运行期间流动的方向用箭头指示。
图2显示了根据本发明的催化剂管的横截面。横截面采取垂直于催化剂管的纵轴。
图3显示了根据本发明的第一种基本配置的催化剂管的实施方案，其中内管延伸通过出口屏障。其中工艺气体在蒸汽重整器运行期间流动的方向用箭头指示。
图4显示了根据本发明的第二种基本配置的催化剂管的实施方案(右图)。其中工艺气体在蒸汽重整器运行期间流动的方向用箭头指示。在图4的左侧，提供了催化剂管可能的横截面。
图5显示了根据本发明的一些可能的催化剂管的横截面。横截面采取垂直于催化剂管的纵轴。
如本文所用的术语“环形通道”是指通过通过将第一管或管状体同轴地放置在第二管或管状体内而形成的外部通道。因此，通道的形状由第一管或管状体的外壁(其在第一环形通道的情况下为分界部；和在第二环形通道的情况下为内管)的形状和由第二管或管状体的内壁(其在第一环形通道的情况下为催化剂管，和在第二环形通道的情况下为分界部)的形状决定。在两个圆管的情况下，环形通道的横截面将具有圆形环的形状。然而，如下文所述的，内管的横截面和分界部的横截面不需要为圆形的。因此，环形通道可以具有各种形状。这些形状也可沿催化剂管的长度变化。
为了方便起见，如本文使用的术语“工艺气体”可以指任何阶段的反应器中的气体，即进入反应管入口的气体、通过第一和第二环形通道的气体、通过内管的气体和经由管出口离开反应器的气体。然而，更准确地说，术语“原料气”可以被用于指进入催化剂区之前的反应管入口的气体，而将术语“工艺气体”用于已被催化剂(部分或完全)转化的气体。
催化剂管通常适合用于再生催化转化。特别地，设计了用于再生蒸汽重整的催化剂管。在蒸汽重整的情况下，催化剂管为重整器管。
上述针对催化剂管的配置(其中内管(5、15)位于外反应器管(1、11)的内部，在两个管之间具有分界部(3、13))提供了本发明的催化剂管，其基本上具有三个通道(也就是第一环形通道、第二环形通道和内管(5、15))，每个通道具有两个开口(也就是一个在催化剂管的入口端和一个在催化剂管的出口端)。
入口和出口屏障(6、16)提供了催化剂管中的三个通道(即第一和第二环形通道以及内管)，其以以下方式彼此连接。
催化剂管基本上可以具有两种基本配置中的一种。在第一种基本配置中，第一环形通道中的工艺气体逆流流动至第二环形通道中的工艺气体，并且与内管中的工艺气体并流流动。在第二种基本配置中，第一环形通道中的工艺气体逆流流动至内管中的工艺气体，并且与第二环形通道中的工艺气体并流流动。第一种基本配置是优选的，因为效率将是最高，这是由于第一和第二环形通道之间的有效热交换。同时，第一种基本配置具有这样的优点，即催化剂管的机械设计不如第二种基本配置的催化剂管的机械设计复杂。
为了建立上述方向的流动，根据第一种基本配置的催化剂管在催化剂管的出口端处具有出口屏障(6、16)，用于防止工艺气体从第一环形通道和从第二环形通道离开外反应器管(1、11)，同时允许工艺气体从内管(5、15)离开外反应器管(1、11)。因此，根据该配置，第一环形通道的在催化剂管的出口端的开口与第二环形通道的在催化剂管的出口端的开口流体连接；并且内管(5、15)的在催化剂管的出口端的开口与催化剂管出口流体连接。
每个通道具有两个开口，一个位于催化剂管的入口端和一个处于催化剂管的出口端。根据第一种基本配置，催化剂管入口与第一环形通道的在催化剂管的入口端的开口流体连接。因此，进入催化剂管的工艺气体将首先流过第一环形通道。第一环形通道的在催化剂管的出口端的开口与第二环形通道的在催化剂管的出口端的开口流体连接。因此，离开第一环形通道的工艺气体随后将进入第二环形通道。第二环形通道的在催化剂管的入口端的开口与内管(5、15)的在催化剂管的入口端的开口流体连接。因此，离开第二环形通道的工艺气体随后将进入内管(5、15)。内管(5、15)的在催化剂管的出口端的开口与催化剂管出口流体连接。因此，离开内管(5、15)的工艺气体随后将能够离开催化剂管。
因此，当在催化转化工艺(例如，蒸汽重整)中使用根据第一种基本配置的催化剂管时，工艺气体将通过它的入口进入催化剂管，随后流过第一环形通道至催化剂管的另一(出口)端(从而在高温下经受催化剂作用)，然后流过第二环形通道至催化剂管的入口端(从而与流过第一环形通道的工艺气体交换热量)，然后流过内管(5、15)至催化剂管出口。因此，第二环形通道中的工艺气体以与第一环形通道和内管(5、15)相反的方向流动。因此，并流热交换将在流过第一环形通道的工艺气体和流过第二环形通道的工艺气体之间发生。
为了建立针对第二种基本配置的上述方向的流动，催化剂管在催化剂管的出口端处具有出口屏障(6、16)，用于防止工艺气体从第一环形通道和从内管(5、15)离开外反应器管(1、11)，同时允许工艺气体从第二环形通道离开外反应器管(1、11)。因此，根据该配置。第一环形通道的在催化剂管的出口端的开口与内管(5、15)的在催化剂管的出口端的开口流体连接；并且第二环形通道的在催化剂管的出口端的开口与催化剂管出口流体连接。
根据第二种基本配置，催化剂管入口与第一环形通道的在催化剂管的入口端的开口流体连接。因此，进入催化剂管的工艺气体将首先流过第一环形通道。第一环形通道的在催化剂管的出口端的开口与内管的在催化剂管的出口端的开口流体连接。因此，离开第一环形通道的工艺气体随后将进入内管。第二环形通道的在催化剂管的入口端的开口与内管(5、15)的在催化剂管的入口端的开口流体连接。因此，离开内管的工艺气体随后将进入内管第二环形通道。第二环形通道(5、15)的在催化剂管的出口端的开口与催化剂管出口流体连接。因此，离开第二环形通道(5、15)的工艺气体随后将能够离开催化剂管。
因此，当在催化转化工艺(例如蒸汽重整)中使用根据第二种基本配置的催化剂管时，工艺气体将通过它的入口进入催化剂管，随后流过第一环形通道至催化剂管的另一(出口)端(从而在高温下经受催化剂作用)，然后流过内管至催化剂管的入口端，并且然后流过第二环形通道至催化剂管出口(从而与流过第一环形通道的工艺气体交换热量)。因此，第二环形通道中的工艺气体以与第一环形通道和内管(5、15)相同的方向流动。因此，热交换将在流过第一环形通道的工艺气体和流过第二环形通道的工艺气体之间发生。下文讨论了催化剂管的其他设计。
催化剂管是细长的反应器，其中发生催化反应(例如，重整反应)。催化剂管包含纵轴(其对应于催化剂管的长度和纵向方向)和垂直于纵轴的横轴(其对应于催化剂管的宽度)。催化剂管具有两个端部，一个位于纵轴的两个末端。催化剂管通常具有细长的管状体，其可以基本上由外反应器管(1、11)构成。细长的管状体通常构成了催化剂管的长度的最大部分。
催化剂管具有用于工艺气体进入催化剂管的催化剂管入口。该入口用于向第一环形通道提供工艺气体。催化剂管还具有用于工艺气体离开催化剂管的催化剂管出口。入口和出口位于催化剂管的相对端。这意味着入口位于催化剂管的一端(也被称为入口端)，而出口位于催化剂管的另一端(也被称为出口端)。因此，如本文中使用的术语“入口端”是指入口所在的催化剂管的端部，而如本文中使用的术语“出口端”是指出口所在的催化剂管的端部。在顶部燃烧重整器的情况下，入口通常位于催化剂管的顶端，而出口位于底端。在底部燃烧重整器的情况下，入口通常位于催化剂管的底端，出口位于顶端。如本文中使用的“端部”或“催化剂管的端部”是指催化剂管在它的末端处或它的末端附近的部分。因此，它也可以被称为催化剂管的“末端部分”。例如，催化剂管的末端可以构成催化剂管总长度的20％或更少，通常10％或更少，例如5％或更少。因此，入口和/或出口可以位于催化剂管的侧表面(特别地，在催化剂管的末端部分的侧表面)，或者位于催化剂管的顶部或底部表面上。
外反应器管(1、11)为第一环形通道(其中发生催化反应)提供了它的外壁。同时，外反应器管(1、11)也可能是催化剂管的最外壁。外反应器管(1、11)优选由高热导率材料(如金属或金属合金，如不锈钢)制成。外反应器管(1、11)可以在催化剂管的出口端处具有锥形端部。此类形状可以为催化剂管中存在的元件(如出口屏障(6、16)或内管(5、15))提供支撑。可替代地，可以增加和/或进一步加工管底部的壁厚度来提供支撑，同时保持外部直径在整个管长上恒定。
内管(5、15)在外反应器管(1、11)内同轴延伸，并形成至催化剂管出口的通道。内管(5、15)可以从出口屏障(6、16)(位于催化剂管的出口端)沿纵向方向延伸至催化剂管的入口端。因为离开第二环形通道的工艺气体应当能够进入内管(5、15)。由于相同的原因，内管(5、15)优选地不会在纵向方向上延伸超过重整器的入口端的分界部(3、13)。由于相同的原因，内管(5、15)优选地不会延伸到入口屏障(4、14)上或延伸通过入口屏障(4、14)。在此类优选的配置中，不需要专门的入口或出口以用于使工艺气体从第二环形通道流动至内管(5、15)。可以使用例如支承元件(8、18、9、19)或流动分配装置或它们的组合将内管(5、15)与分界部(3、13)隔开。
内管(5、15)可以由陶瓷材料或金属制成。内管(5、15)优选地由具有低热导率的材料(如陶瓷、金属或非金属材料)制成。具有低热导率的材料在本文中被限定为在800℃下具有低于10W/(m.K)，和甚至更优选地在800℃下具有低于1W/(m.K)的热导率的材料。这可以通过例如使用多微孔材料容易地实现。内管(5、15)也可以为组件，其中每个部分可以单独地由陶瓷、金属或非金属材料制成。优选地，材料还通过渗碳和/或金属喷粉来耐腐蚀。因此，可以限制内管(5、15)与流过第二环形通道流动的工艺气体之间的热量交换此类热交换通常是不期望的，因为它减少了可以从第二环形通道中的工艺气体传递至第一环形通道的热量的量。因此，可能期望选择除金属外的材料。然而，例如通过为金属提供保护性涂层(例如，陶瓷涂层)，可适当地使用金属，尤其是耐腐蚀的不良导电金属。
内管是用于移动流体的中空的细长体。内管也可以被称为内导管。在优选的实施方案中，内管为圆管，其是具有圆形横截面的管。然而，管也可以是不同形状的管(如矩形管)。在这方面，管的形状是指垂直于管的纵轴的管横截面。内管的横截面可以具有各种形状，例如正方形、矩形、椭圆形、卵形或菱形。分界部的横截面也可以为具有锯齿形边缘的十字形、星形或圆形形状。可以通过挤出陶瓷材料形成内管相对容易地获得此类形状。
内管(5、15)的形状并非特别关键。内管(5、15)可以为基本上直的管。可替代地，内管(5、15)也可以具有螺旋形形状或旋涡形状。螺旋形形状的管例如是从US 6,620,388已知的管，并且可以适当地应用于本发明中。内管(5、15)可以被用于支撑分界部(3、13)和任选地附接于分界部的催化剂结构(2、12)。因此，内管(5、15)可提供装载反应器的便利，并帮助维持足够的运行稳定性。
为了将内管(5、15)装配于催化剂管中，可以将内管(5、15)安装在出口屏障(6、16)上。此外，或者可替代地，可以使用例如支承元件(8、18、9、19)和/或流动分配装置将内管(5、15)附接于分界部(3、13)。可以用支承元件(8、18、9、19)和/或流动分配装置将内管(5、15)与分界部(3、13)隔开，优选地以便确保足够的湍流，并且因此改善的流过第一环形通道的气体和流过第二环形通道的工艺气体之间的热交换率。
内管(5、15)可以是空的。通常，不期望在内管(5、15)中包括填充物。
分界部(3、13)位于外反应器管(1、11)的内壁和内管(5、15)的外壁之间。因此，分界部(3、13)在外反应器管(1、11)内同轴延伸，而内管(5、15)在分界部(3、13)内同轴延伸。分界部(3、13)可以从入口边界沿纵向方向延伸至催化剂管的出口端。因为离开第一环形通道的工艺气体应当能够进入第二环形通道，分界部(3、13)优选地不会在纵向方向上延伸超过重整器的出口端处的外反应器管(1、11)。由于相同的原因，分界部(3、13)优选地不会延伸到出口屏障(6、16)上或延伸通过出口屏障(6、16)。在此类优选的配置中，不需要专门的入口或出口以用于使工艺气体从第一环形通道流动至第二环形通道内。
分界部(3、13)形成了位于第一环形通道和第二环形通道之间的分界。分界防止工艺气体通过或透过分界部(3、13)。为了进入第二环形通道，工艺气体首先需要通过第一环形通道的催化区。直到那时工艺气体可以进入第二环形通道。分界部(3、13)具有两个端部(或开口)；一个开口端位于催化剂管的出口端，并且一个封闭端位于催化剂管的入口端。封闭端被入口屏障(4、14)封闭。
分界部为其最简单的设计(中空的细长体)。使分界部成形以便为催化剂管提供第一和第二环形通道。例如，分界部可以为管状分界部。在一个实施方案中，分界部为圆管形状，其为具有圆形横截面的管。然而，分界部的横截面也可以为不同的形状，例如正方形、矩形或菱形。分界部的横截面也可以是具有锯齿形边缘的十字形、星形或圆形形状。例如，可以适当地使用具有方管形状的分界部。如本文中所使用的分界部的横截面是指垂直于分界部的纵轴的分界部的横截面。可以将分界部放置为围绕内管的套管。
选择正确的内管和分界部形状的标准可以是内管的表面和分界部的表面之间的比率。比率越低，传递至催化区的热量的比例越高。在这方面应考虑与流过内管的气体交换的热量。分界部(3、13)可以由单个的细长中空体(如空心圆柱体或管)组成。然而，分界部(3、13)也可以由多个中空体(例如多个管状装置)组成，其可以在催化剂管的纵向方向彼此堆叠。例如，分界部(3、13)可以包含彼此堆叠的多个中空体或管状装置的连续组件，其中所述管状装置可以例如具有圆锥、圆柱或圆锥截头椎体形状。
分界部(3、13)优选地由高热导率材料制成。这是期望的，因为分界部(3、13)提供了这样的表面，在其上第一环形通道中的工艺气体与第二环形通道中的工艺气体之间交换热量。材料可以为金属或陶瓷。
如果催化剂结构(2、12)存在于第一环形通道中，分界部材料可以为与用于催化剂结构(2、12)的材料相同的材料。可以例如通过支承元件(8、18、9、19)，或者更优选地通过第一环形通道中的催化剂或催化剂结构(2、12)，将分界部(3、13)与外反应器管(1、11)的内壁隔开。
第一环形通道由外反应器管(1、11)的内壁和分界部(3、13)的外壁限定。在第一环形通道中，工艺气体可以从催化剂管的入口端流动至催化剂管的出口端。第一环形通道在通道的任一侧具有开口。第一开口用于工艺气体进入第一环形通道，并且位于催化剂管的入口端。第二开口用于工艺气体离开第一环形通道，并且位于催化剂管的出口端流过第一环形通道流动的工艺气体经受其中存在的催化剂的作用。因此，装载有催化剂的第一环形通道的一部分在本文中也可以被称为催化区。
第一环形通道包含用于催化反应的催化剂。催化剂可以以任何合适的形式存在于第一环形通道中。例如，催化剂可以作为催化剂小球或作为催化剂结构(2、12)(也被称为结构化催化剂)的一部分存在于第一环形通道中。催化剂促进催化反应(例如，吸热蒸汽重整反应)，其充当散热器以去除很大部分的从炉传递的热量。在催化剂为蒸汽重整催化剂的情况下，它通常为基于镍的催化剂，并且可以被提供在高强度陶瓷支撑物上。
优选地，催化剂为具有高活性的催化剂。由于与催化剂管中的常规的催化区相比，环形第一通道的体积可能相对小，并且预期的工艺气体空间速度相对高，高活性可以补偿催化区中的工艺气体相对较短的停留时间。此外，合适的催化剂优选地能够承受进入催化剂管的装载过程，以及工艺条件所产生的压力和运行期间经历的热循环。蒸汽重整催化剂和催化剂结构(2、12)通常可以被设计为具有大的几何学表面面积和小的压力下降，因为穿过蒸汽重整器的压力下降允许受到限制。
合适的催化剂的实例是金属或陶瓷结构或支撑物上涂覆的催化剂。结构或支撑物不特别限定于特定的形状，但优选为在通道中提供增加的湍流和气体混合的结构或支撑物。例如，合适的结构可以为小球。合适的小球为本领域已知的，并且通常为圆柱形状。小球通常为多孔的。小球通常能够具有高孔隙率。合适的结构也为本领域已知的，例如交叉流结构。例如，合适的结构可以为蜂窝整料(honeycomb monolith)、针织线或泡沫。可以通过不同的方法(包括涂层技术、化学蒸汽沉积、直接沉淀等)，在结构上沉积催化剂。暴露于气相的表面越高，催化剂的表观活性越好。
催化剂组成选自已知的对催化剂反应具有活性的材料，包括但不限于基于金属的催化剂，其中所述金属选自镍、钌、钯、铱、铂、铑、硼、锇、金以及它们的组合。技术人员将能够选择催化剂中的特定的元素组成和质量分数，以获得对于催化反应的足够的活性。
在优选的实施方案中，第一环形通道包含催化剂结构(2、12)，所述结构至少部分由波纹板、翅片元件、泡沫型结构以及它们的组合组成。可以在反应管中安排催化剂结构(2、12)，使得在气相中存在足够的湍流，以便减少通过催化床的未转化的工艺气体的量。该结构可以提供第一环形通道的催化区中的工艺气体的增加的混合。因此，可以在低压力下降下足够完全地转化工艺气体。可以通过任何合适的方式在所述结构上提供催化剂。可以例如通过将其固定于结构表面(例如，通过涂覆)或通过将催化剂颗粒或小球分配于整个结构中，而在所述结构上提供催化剂。后者可以例如通过在火焰加热器的停工期间将颗粒或小球浇注在第一环形管中而实现。
使用上述催化剂结构(2、12)的优点在于通过所述结构，催化剂的活性得到有效提高。这是期望的，因为通过第一环形通道的催化区的工艺气体通常具有相对高的速度。在待用于改造现有蒸汽重整器的催化剂管中尤其如此。因为有效，在本发明的催化剂管中存在3个通道，其中这3个通道中的仅有一个包含催化剂，所以本发明的催化剂管中的催化区的体积相对小。结果，当使用常规的通量(流动速率)时，通过第一环形通道的工艺气体的速度将会高，并且仅有有限的时间用于催化剂转化工艺气体。然而，如果在第一环形通道中存在催化剂结构(2、12)，这可以补偿高气体速度和低接触时间。尤其是，高活性催化剂和催化剂结构(2、12)的组合可以抵消工艺气体的高速度的缺点。环形通道中工艺气体的相对高速度和良好的混合的优点在于，与具有填充的小球床的常规催化剂管相比，可以提高内部热传递系数，并因此增强催化反应。
使用上述催化剂结构(2、12)的另一个优点在于其可以在停工期间简化装载和去除催化剂。可以设计和安装该结构，以便可以从催化剂管将其移除。在这种情况下，可以将分界部(3、13)固定至催化剂结构(2、12)，以便它可以作为整体被移除。为了提供容易可移除的催化剂结构(2、12)，优选地向内管(5、15)提供支撑催化剂结构(2、12)的支承元件(8、18、9、19)和/或流动分配装置。在此类配置中，可以例如通过滑动分界部(3、13)从内管(5、15)的支承元件(8、18、9、19)简单地移除催化剂结构(2、12)和分界部(3、13)。
催化管还可以包含用于保持催化剂在第一环形通道中的恰当位置的催化剂支持物。特别地，放置催化剂支持物以便防止催化剂移向催化剂管的出口端。可以例如将催化剂支持物附接于外反应器管。可以将催化剂支持物放置在第一环形通道的在催化剂管的出口端的开口处。可以直接将催化剂支持物放置在催化剂或催化剂支撑物的下方。合适的催化剂支持物的实例为网格结构。催化剂支持物可以由任何合适的材料(例如金属或陶瓷)制成。在优选的实施方案中，催化剂支持物也可用作内管、分界部或二者的支撑物。因此，可以将内管、分界部或二者固定于催化剂支持物上。因为催化剂支持物通常存在于现有重整器和蒸汽重整器(并且通常为火焰加热器)的催化剂管中，这使得特别容易在现有重整器中实施内管和分界部。也可以通过一种或多种单独的支持装置来支持内管或分界部，例如在缺少催化剂支持物的情况下。
在第一环形通道的端部，可以提供通道以允许工艺气体离开第一环形通道而流动至第二环形通道。通过使用上述配置，这种通道可以自然地存在。
本发明的催化剂管的另外的优点在于它提供了引入用于测量反应器内的参数(特别是温度和压力)而不破坏催化床中的流体力学的测量设备的可能性。在运行期间的所有时间，这允许对反应器性能的改善的控制。例如，可以测量反应器入口、催化剂上游和第二环形通道之间的压力差异，并将其用于控制催化剂上的进料条件(包括例如蒸汽与碳的比率)，以便维持最高生产力同时将积碳形成和失控的风险最小化。另一选择是基于第二环形通道(例如直接在催化剂床下面和直接在恰好在气体流动至内管内的位置处的所述第二环形通道的端部)中气相的温度读数来控制炉的运行。以那种方式，可以一直监测催化剂的性能，并且可以了解从工艺气体传递至反应区(从第二环形缺口向第一环形空间中的催化床)的能量的量。结果，还了解炉的交叉温度或火墙温度(bridgewall temperature)(烟道气提取位置处的温度)，就可能一直控制燃烧率，以便始终将运行中工艺的能量性能最大化。通过将这些测量和控制方法组合，可以采用在线最优化的炉性能。
第二环形通道由分界部(3、13)的内壁和内管(5、15)的外壁限定。第二环形通道提供了流过它的气体和流过第一环形通道的工艺气体之间的热交换。在第二环形通道中，工艺气体并流或逆流流动至第一环形通道中的工艺气体，即从催化剂管的出口端至催化剂管的入口端，或者以相反的方向。第二环形通道在通道的两侧具有开口。第一开口用于工艺气体进入第二环形通道，并且在第一基本配置的情况下位于催化剂管的出口端。第二开口用于工艺气体离开第二环形通道，并且在第一基本配置的情况下位于催化剂管的入口端。
还如上文所述，第二环形通道可以包含支承元件(8、18、9、19)或流动分配装置或二者。支承元件(8、18、9、19)可以将分界部(3、13)与内管(5、15)隔开，而流动分配装置可以提供通道中期望的流动或湍流。
入口屏障(4、14)位于催化剂管的入口端。入口屏障(4、14)用于防止工艺气体在催化剂管的入口端从第二环形通道和内管(5、15)离开外反应器管(1、11)。因此，入口屏障(4、14)同时将防止工艺气体进入第二环形通道和内管(5、15)，而不会首先流过第一环形通道。特别地，入口屏障(4、14)防止工艺气体在催化剂管的入口端离开或进入分界部(3、13)的内部部分。这可通过用屏障将最接近催化剂管的入口端的分界部(3、13)开口关闭来实现。因此，可以通过在催化剂管的入口端具有封闭的端部的分界部(3、13)，来提供入口屏障(4、14)。优选地，通过将入口屏障(4、14)固定至分界部(3、13)(例如至分界部(3、13)的内壁或至壁顶部)来提供封闭的端部。可以通过任何方法(例如通过焊接)进行固定。入口屏障可以是由例如金属或陶瓷制成的板。入口屏障(4、14)可以是任何合适的形状，诸如圆盘。入口屏障(4、14)还防止工艺气体从第二环形通道向催化剂管的入口逸出。入口屏障(4、14)可以由金属和陶瓷制成。入口屏障可以与结构化催化剂形成连续体。入口屏障(4、14)可以由与内反应器管相同的或不同的材料(例如通过渗碳涂覆有耐腐蚀的陶瓷或合金的陶瓷或金属)制成。
通常通过附接至分界部(3、13)而将入口屏障(4、14)支撑在催化剂管中。如果存在集管(参见下文)，也可将入口屏障(4、14)附接至集管。
出口屏障(6、16)位于催化剂管的出口端。在第一基本配置的情况下，出口屏障(6、16)用于防止工艺气体从第一和第二环形通道离开外反应器管，同时允许工艺气体从内管(5、15)离开外反应器管(1、11)。没有此类出口屏障(6、16)，离开第一环形通道的工艺气体将离开外反应器管(1、11)。出口屏障(6、16)确保工艺气体相反进料至第二环形通道，以便在离开外反应器管(1、11)之前工艺气体首先必须流过第二环形通道和内管(5、15)。出口屏障(6、16)通常包含缺口，用于允许工艺气体离开内管(5、15)。在第二种基本配置的情况下，出口屏障用于防止工艺气体从第一环形通道和内管离开外反应器管，同时允许工艺气体从第二环形通道离开外反应器管(1、11)。
可以将出口屏障(6、16)连接至或固定至外反应器管(1、11)或内管(5、15)或二者。例如，可以通过任何方法(例如，通过焊接)将出口屏障(6、16)固定至外反应器管(1、11)的内壁或内管(5、15)的外壁。在外管具有锥形端部(7、17)的情况下，也可以将出口屏障(6、16)保持在外反应器管(1、11)的锥形过渡部上。
出口屏障(6、16)也可提供对内管(5、15)的支撑。例如，可以将内管(5、15)安装在出口屏障(6、16)的表面上(即，朝向催化剂管的入口端的表面上)。内管(5、15)也可延伸至屏障中或甚至延伸通过屏障。内管(5、15)也可延伸至催化剂管的出口管(17)中或出口组件中，或催化剂管下面可能存在的出口引管(pigtail)。
在第一种基本配置的情况下，出口屏障(6、16)可以包括圆形表面，所述圆形表面在其中心处包含缺口。缺口提供了用于工艺气体离开内管(5、15)的开口。圆形形状适合封闭第一和第二环形通道。圆形表面可以在其侧面与外反应器管(1、11)的内壁连接。圆形表面可以是圆锥形体、圆柱形体或圆锥截头椎体形体的表面的一部分。此类形状体可以为出口屏障(6、16)提供合适的形状。例如，出口屏障(6、16)可以为中间有孔的圆盘。
催化剂管还可包含集管，其中工艺气体可以从入口被运送至第一环形通道。集管也可在催化剂管的入口端处充当外反应器管(1、11)的封盖或盖子。可以例如通过机械手段(如螺丝或螺栓)将集管附接至外反应器管(1、11)的入口端。集管还可为催化剂管中的不同元件(如分界部(3、13)和入口屏障(4、14))提供进一步的支撑。
可以将催化剂管安装在工业炉或火焰加热器(如蒸汽重整器)的辐射段中。根据本发明的催化剂管优选地适合于插入至工业炉或火焰加热器(例如蒸汽重整器)的炉腔中。然后可以将催化剂管插入至炉腔中，并将其一端固定至一个炉腔壁，并且将其另一端固定至相对的炉腔壁。优选地，催化剂管可去除地附接于工业炉或火焰加热器中。因此，可以在停工期间容易地从从炉腔移除催化剂管。这使得其在必要时更易于在催化剂管中提供新鲜的催化剂材料。
可以如下选择内管(5、15)、分界部(3、13)和外反应器管(1、11)的合适的尺寸。
除非另有说明，如本文中使用的术语“直径”是指管(tube)、管(pipe)或分界部的内径。这意味着管(tube)、管(pipe)或分界部的壁的厚度被排除在直径之外。
外反应器管(1、11)的直径不是特别关键。然而，在将催化剂管用于现有蒸汽重整器(即改造)的情况下，外反应器管(1、11)的直径可能是预定的，且通常相对小。通常，外反应器管的直径在5-25cm的范围内。在本文中，当提及外反应器管的直径时，外反应器管壁的厚度被排除在直径之外。
分界部(3、13)的直径的大小很大程度上由第一环形通道所需的最小体积、所需的空间速度和催化剂所施加的压力下降来决定。
关于第一环形通道的体积，催化区需要具有足够大的体积，以能够足够完全地转化工艺气体。因此，除非使用异常高活性的催化剂，分界部(3、13)的直径相对于外反应器管的直径不应当太大。分界部的最大值高度依赖于待使用的参数(诸如外反应器管的直径和流动速率)。分界部(3、13)的直径可以常常小于外反应器管的直径的90％，例如在在中等流动速度下运行的直径为10cm的常规外管的情况下。然而，在高通量和/或具有大直径的外反应器管下，该百分比可能更高。
第一环形通道中的催化区的体积不应当太大，因为其将导致第二环形缺口和内管中适合热传递的区域的显著减少和压力下降的过度增加。因此，分界部(3、13)的直径通常可以为外反应器管的直径(排除外反应器管壁的厚度)大小的至少50％。
分界部(3、13)的直径通常可以为外反应器管的直径(排除外反应器管壁的厚度)大小的50％-95％，例如58％-90％。
可以调整内管的直径大小以便在第二环形缺口中获得工艺气体的高速度。此类高速度可以促进热量从第二环形通道中的热工艺气体传递至第一环形通道的催化区中的工艺气体。因此，选择内管的直径以便分界部的直径和内管的直径之间的差异的范围为外反应器管的直径(排除外反应器管壁的厚度)大小的10％-50％，优选15％-40％。
内管(5、15)直径的范围可以为1.0至4.0cm，优选2.0至3.0cm。优选地，将直径设定为大小等于或小于催化剂管的出口管(17)的直径，即通常为约2.5cm。此类直径足够大以便限制内管内的压力下降。
在第二个方面，本发明涉及多管式反应器，其包含炉腔和至少一个根据本发明的催化剂管。多管式反应器可以包含彼此平行的多个催化剂管。炉腔可以例如包含一排或多排催化剂管。例如，典型的顶部燃烧多管式反应器具有向下流过多排管的工艺气体，所述多排管均被容纳在炉腔内。燃烧器成排位于每个管排之间的炉顶上，并且在炉底部提取烟道气。对于底部燃烧蒸汽多管式反应器，可以使用类似的配置，其中燃烧器在底部，且工艺流动向上。
多管式反应器可以包含炉腔，其中燃烧器直接加热催化剂管。例如，多管式反应器可以为顶部、底部或侧面燃烧反应器。至少一个催化剂管的催化剂管入口和催化剂管出口位于炉腔的相对侧。
可替代地，也可以通过燃烧器间接地加热催化剂管，例如经由诸如加热的蒸汽的热媒。间接的多管式反应器包含外部的燃烧室。在这种情况下，炉腔可以具有一个包含燃烧器的隔室(其称为外部燃烧室)和包含催化剂管的单独隔室。
在优选的实施方案中，多管式反应器为蒸汽重整器。然而，原则上，本发明的反应器适合适应任何催化转化，其中热传递在转化产物产生中起着重要的作用，例如用于催化转化为氨、催化转化为甲醇的反应器、水气转换转化器、费托(Fischer Tropsch)催化转化器等。
在第三个方面，本发明涉及在根据本发明的催化剂管中进行催化反应的方法。在此类方法中工艺气体的流动在上文中已有描述。因此，该方法包括流过第一环形通道的气体和流过第二环形通道的气体之间的热交换。
催化反应具体为催化转化反应。原则上，可以在本发明的催化剂管中适当地进行任何催化转化，其中热传递在转化产物产生中起着重要作用。此类反应的实例是蒸汽重整、催化转化为氨。在优选的实施方案中，该方法用于进行再生蒸汽重整。
在第四个方面，本发明涉及根据本发明的催化剂管用于改造现有的类型2的蒸汽重整器(即其中催化剂管入口和出口位于炉腔的相对侧的蒸汽重整器)的用途。在此类蒸汽重整器中，根据本发明的催化剂管可以取代现有催化剂管，其使得在蒸汽重整器中进行再生重整成为可能。
在优选的实施方案中，通过使用现有蒸汽重整器的重整器管中的现有的催化剂支持物进行蒸汽重整器的改造。这具有以下优点，即不需要置换现有催化剂支持物，其将涉及大量的原位的焊接工作。催化剂支持物在现有重整器中的常规重整器管中的作用是保持催化剂在恰当的位置。因此，通过使用现有催化剂支持物作为支撑物，将内管和/或分界部放置在现有重整器管中。
根据本发明的这一方面，例如通过用根据本发明的催化剂管替代现有催化剂管和/或在可能时使用现有催化剂支持物，根据本发明的催化剂管通常也可被用于改造现有工业炉或火焰加热器。

Claims (18)

1.用于工业炉中的工艺气体的再生催化转化的催化剂管，其包含：
- 用于工艺气体进入所述催化剂管的催化剂管入口和用于工艺气体离开所述催化剂管的催化剂管出口，所述入口和出口位于所述催化剂管的相对端；
- 外反应器管(1、11)；
- 内管(5、15)，其在所述外反应器管(1、11)的内部同轴延伸；
- 分界部(3、13)，其位于所述外反应器管(1、11)的内壁和所述内管(5、15)的外壁之间；
- 用于催化转化工艺气体的第一环形通道，所述通道由所述外反应器管(1、11)的内壁和所述分界部(3、13)的外壁限定，所述通道装载有催化剂材料；
- 用于工艺气体逆流或并流流动至流过所述第一环形通道的工艺气体的第二环形通道，所述第二环形通道由所述分界部(3、13)的内壁和所述内管(5、15)的外壁限定；
- 在所述催化剂管的入口端的入口屏障(4、14)，其用于防止工艺气体在所述催化剂管的入口端从所述第二环形通道和内管(5、15)离开所述外反应器管(1、11)；
- 在所述催化剂管的出口端的出口屏障(6、16)，其用于防止工艺气体从所述第一环形通道以及从所述第二环形通道和所述内管(5、15)中的一个离开所述外反应器管(1、11)，同时允许工艺气体从所述第二环形通道和内管(5、15)中的另一个离开所述外反应器管(1、11)；
其中所述内管、第一环形通道和第二环形通道各自在所述催化剂管的入口侧具有开口，并且在所述催化剂管的出口侧具有开口，
其中所述催化剂管入口与所述第一环形通道的在所述催化剂管的入口端的开口流体连接；所述第一环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口与所述第二环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口或者与所述内管的在所述催化剂管的出口端的开口流体连接；所述第二环形通道的在所述催化剂管的入口端的开口与所述内管(5、15)的在所述催化剂管的入口端的开口流体连接；并且所述内管(5、15)的在所述催化剂管的出口端的开口或所述第二环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口与所述催化剂管出口流体连接，其中
- 所述出口屏障(6、16)为在所述催化剂管的出口端的出口屏障(6、16)，其用于防止工艺气体从所述第一环形通道和第二环形通道离开所述外反应器管(1、11)，同时允许工艺气体从所述内管(5、15)离开所述外反应器管(1、11)；并且
其中所述催化剂管入口与所述第一环形通道的在所述催化剂管的入口端的开口流体连接；所述第一环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口与所述第二环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口流体连接；所述第二环形通道的在所述催化剂管的入口端的开口与所述内管(5、15)的在所述催化剂管的入口端的开口流体连接；并且所述内管(5、15)的在所述催化剂管的出口端的开口与所述催化剂管出口流体连接。
2.用于工业炉中的工艺气体的再生催化转化的催化剂管，其包含：
- 用于工艺气体进入所述催化剂管的催化剂管入口和用于工艺气体离开所述催化剂管的催化剂管出口，所述入口和出口位于所述催化剂管的相对端；
- 外反应器管(1、11)；
- 内管(5、15)，其在所述外反应器管(1、11)的内部同轴延伸；
- 分界部(3、13)，其位于所述外反应器管(1、11)的内壁和所述内管(5、15)的外壁之间；
- 用于催化转化工艺气体的第一环形通道，所述通道由所述外反应器管(1、11)的内壁和所述分界部(3、13)的外壁限定，所述通道装载有催化剂材料；
- 用于工艺气体逆流或并流流动至流过所述第一环形通道的工艺气体的第二环形通道，所述第二环形通道由所述分界部(3、13)的内壁和所述内管(5、15)的外壁限定；
- 在所述催化剂管的入口端的入口屏障(4、14)，其用于防止工艺气体在所述催化剂管的入口端从所述第二环形通道和内管(5、15)离开所述外反应器管(1、11)；
- 在所述催化剂管的出口端的出口屏障(6、16)，其用于防止工艺气体从所述第一环形通道以及从所述第二环形通道和所述内管(5、15)中的一个离开所述外反应器管(1、11)，同时允许工艺气体从所述第二环形通道和内管(5、15)中的另一个离开所述外反应器管(1、11)；
其中所述内管、第一环形通道和第二环形通道各自在所述催化剂管的入口侧具有开口，并且在所述催化剂管的出口侧具有开口，
其中所述催化剂管入口与所述第一环形通道的在所述催化剂管的入口端的开口流体连接；所述第一环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口与所述第二环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口或者与所述内管的在所述催化剂管的出口端的开口流体连接；所述第二环形通道的在所述催化剂管的入口端的开口与所述内管(5、15)的在所述催化剂管的入口端的开口流体连接；并且所述内管(5、15)的在所述催化剂管的出口端的开口或所述第二环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口与所述催化剂管出口流体连接，其中
- 所述出口屏障(6、16)为在所述催化剂管的出口端的出口屏障(6、16)，其用于防止工艺气体从所述第一环形通道和所述内管(5、15)离开所述外反应器管(1、11)，同时允许工艺气体从所述第二环形通道离开所述外反应器管(1、11)；并且
其中所述催化剂管入口与所述第一环形通道的在所述催化剂管的入口端的开口流体连接；所述第一环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口与所述内管的在所述催化剂管的出口端的开口流体连接；所述第二环形通道的在所述催化剂管的入口端的开口与所述内管(5、15)的在所述催化剂管的入口端的开口流体连接；并且所述第二环形通道的在所述催化剂管的出口端的开口与所述催化剂管出口流体连接。
3.如权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中所述出口屏障(6、16)包含圆形表面，所述圆形表面在其侧面与所述外反应器管(1、11)的内壁连接，其中所述圆形表面在其中心处包含缺口，用于允许工艺气体离开所述内管(5、15)。
4.如权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中所述出口屏障(6、16)包含圆锥形体、圆柱形体或圆锥截头椎体形体。
5.如权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中将所述内管(5、15)安装在所述出口屏障(6、16)的表面上，或者其中所述内管(5、15)延伸通过所述出口屏障(6、16)。
6.如前述权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中所述外反应器管(1、11)在所述反应器的出口端处具有锥形端部(7、17)。
7.如前述权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中所述分界部(3、13)在所述催化剂管的出口端处具有开口端，并且在所述催化剂管的入口端处具有封闭端，其中所述封闭端被所述入口屏障(4、14)封闭，其中所述入口屏障(4、14)在所述反应器的入口端处被固定或焊接至所述分界部(3、13)。
8.如前述权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中所述第一环形通道包括包含有波纹板、翅片元件和泡沫中的一种或多种的结构，在所述结构上提供催化剂。
9.如前述权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中所述分界部(3、13)由高热导率材料制成，所述高热导率材料可以为与用于所述外反应器管(1、11)的材料相同的材料。
10.如前述权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中所述分界部(3、13)包含彼此堆叠的多个管状装置的连续组件，其中所述管状装置可以具有圆锥、圆柱或圆锥截头椎体形状。
11.如前述权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中所述内管由在800℃下具有低于10 W/(m.K)的热导率的低热导率材料制成。
12.如前述权利要求1-2中任一项所述的催化剂管，其中所述内管为圆管、方管或矩形管。
13.包含炉腔和至少一个如权利要求1-12中任一项所述的催化剂管的多管式反应器，其中所述至少一个催化剂管的催化剂管入口和催化剂管出口位于所述炉腔的相对侧。
14.如权利要求13所述的多管式反应器，其中所述炉腔包含容纳于所述炉腔内的多排催化剂管，以及其中燃烧器成排位于每个管排之间。
15.如权利要求13或14所述的多管式反应器，其中所述反应器为蒸汽重整器。
16.用于在如权利要求1-12中任一项所述的催化剂管中或如权利要求13-15中的任一项所述的反应器中进行催化转化反应的方法。
17.如权利要求1-12中的任一项所述的催化剂管用于改造重整器的用途，其中所述重整器包含炉腔和至少一个催化剂管，其中所述至少一个催化剂管的催化剂管入口和催化剂管出口位于所述炉腔的相对侧。
18.如权利要求17所述的用途，其中通过将所述内管、分界部或两者附接至现有重整器的重整器管中的现有催化剂支持物来完成改造。
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